MUTASI GEN

             Mutasi adalah peristiwa perubahan sifat gen (susunan kimia gen) atau kromosom sehingga menyebabkan perubahan sifat yang baka (diturunkan) tetapi bukan sebagai akibat persilangan atau perkawinan. dapat terlihat dalam jumlah kecil maupun besar. Mutasi kecil hanya menimbulkan perubahan yang sedikit dan kadang kala tidak membawa perubahan fenotif yang jelas, jadi hanya semacam variasi. Mutasi besar menimbulkan perubahan besar pada fenotif, yang biasanya dianggap abnormal atau cacat.Mutasi terjadi karena perubahan lingkungan yang luar biasa. Hal ini dapat diakibatkan oleh adanya sifat yang tidak tetap dan selalu dipengaruhi oleh berbagai macam faktor baik  alamiah maupun buatan. Agar suatu species tidak mengalami kepunahan diperlukan usaha untuk menyesuaikan diri terhadap timbulnya suatu perubahan. Kejadian mutasi sangat jarang terlihat, hal ini disebabkan   :

-          mutasi yang terjadi pada suatu gen tidak dapat menunjukan penampakannya, karena jumlah gen yang terdapat dalam satu individu banyak sekali

-          gen yang bermutasi bersifat letal, sehingga gejala mutasi tidak dapat diamati sebab individu segera mati sebelum dewasa

-          gen yang bermutasi umumnya bersifat resesif, sehingga selama dalam keadaan hetreozigot tidak akan terlihat 

A.      Jenis mutasi

Pada umunya, gen-gen sebagai kesatuan kimia bersifat mantap walaupun mengalami peristiwa pewarisan sel selama ratusan kali dari generasi sel ke sel berikutnya. Namun demikian pengaruh alama dalam jangka waktu yang amat panjang dan spontan dapat saja menyebabkan berubahnya sifat individu pembawanya dan diturunkan kepada generasi berikutnya, yang lazim dikatan dengan mutasi. Individu yang bermutasi disebut mutan, dan zat yang menyebabkan terjadinya mutasi disebut mutagen. Berdasarkan bagian yang bermutasi, mutasi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu  : 

1.        mutasi somatik

mutasi somatik mempunyai ciri-ciri sebagai berikut :

-      terjadi pada sel tubuh atau sel soma

-      sifatnya tidak diturunkan pada keturunannya

-      hanya berpengaruh pada individu yang mengalaminya

2.       mutasi germinal

mutasi germinal mempunyai ciri-ciri sebagai berikut  :

-      terjadi pada sel induk kelamin atau sel kelamin

-      apabila terjadi pada sel induk kelamin akan bersifat diturunkan dari generasi ke generasi

-      apabila terjadi pada sel kelamin akan bersifat diturunkan dari generasi ke generasi jika terjadi fertilisasi, dan jika tidak terjadi akan hilang pengaruhnya.

3.       mutasi gen (poin mutation atau mutasi kecil)

mutasi gen mempunyai ciri-ciri sebagai berikut :

-      berskala kecil dan terjadi pada satu gen atau bagian dari gen

-      ada yang pengaruhnya tidak begitu nyata, biasanya berupa perubahan kimia (misalnya perubahan kecil pada pigmen), disebut mutasi tampak

-      ada yang pengaruhnya mengakibatkan kematian dini pada individu, disebut mutasi letal

-      dapat berlangsung secara spontan pada semua sel penyusun tubuh individu.

mutasi gen adalah perbahan yang terjadi pada susunan molekul DNA atau gen. mutasi gen terjadi pada susunan kimianya (DNA). Bila struktur kimia gen berubah maka fungsinya pun akan berubah pula. Gen yang mengalami mutasi terdapat pada sel-sel tubuh (sel somatis) maka perubahan diturunkan ke sel anakan melalui pembelahan mitosis. Bila gen yang mengalami mutasi terdapat pada sel kelamin (gamet) maka perubahan akan diwariskan pada keturunannya.

Peristiwa mutasi merupakan proses acak (random), dan sukar diamati karena  ;

-      jarang terjadi pada proses biasa dari replikasi DNA

-      tidak ada cara untuk mengetahui manakah gen yang akan mengalami mutasi dalam suatu sel atau suatu generasi

-      munculnya bebas apakah ia mampu atau tidak beradaptasi terhadap lingkungan hidup organisme bersangkutan.

Organisme yang mampu beradaptasi sangat penting untuk proses terjadinya evolusi  

4.      mutasi kromosom (gross mutation atau mutasi besar)

mutasi kromosom adalah perubahan yang terjadi pada struktur dan susunan kromosom, yang disebut juga dengan mutasi aberasi. mutasi ini dapat ditemui pada peristiwa gagal berpisah pada saat peristiwa pindah silang (crossing over), apabila kromosom hilang atau bertambah sehingga terjadi perubahan jumlah kromosom. 

mutasi kromosom dapat dibedakan menjadi  :

a.     Perubahan set (aneuploidi)

Perubahan set kromosom adalah perubahan pada jumlah N-nya. Keadaan heteroploidi banyak ditemui pada hewan invertebrata dan tanaman perdu, pohon, jeruk, apel, bit gula.

Menurut kejadiannya aneuploidi dapat dibedakan menjadi :

-      Autopoliploidi adalah genom (n) mengganda sendiri. Hal ini dapat terjadi karena gangguan meiosis.

-      Allopoliploidi adalah terjadi pada hibrid antara species yang set kromosomnya berbeda.

Macam-macam aneuploidi, yaitu :

-      monoploid (n)                               -   tetrraploid (4n)

-      triploid (3n)                                   -   poliploid (4n ke atas)

Aneuploid pada manusia : dapat terjadi pada peristiwa :

-      Digini adalah dua inti sel telur yang tetap terlindung satu plasma dan selanjutnya dibuahi satu sperma, yang sering terjadi kaerana kegagalan sel kutub (polosit) memeisah. 

-      Diandri adalah satu sel telur yang dibuahi satu sperma, yang sering pada terlambatnya pembuahan.

Seseorang yang mengalami aneuploidi umumnya berumur pendek, di samping itu pada sel-sel soma yang mengalami kanker juga dapat terjadi peristiwa aneuploidi.

Perbahan set kromosom dapat diusahakan dengan cara menghambat pemisahan, antara lain melalui  :

-      induksi kolkisin, karena kolkisin dapat menghalangi pembentukan gelendong pembelahan dan merintangi terjadinya anafase, sehingga kromatid yang terbentuk tidak berpisah ke kutub yang berseberangan

-      pada ujung jagung, dapat dilakukan dengan menggunakan suhu tinggi

-      pada tomat, dapat dilakukan dengan dekapitasi, yaitu dengan memotong tunas. Dati bekas potongan tunas akan tumbuh tunas yang mengandung polulasi sel 4n, dan selnjutnya dsapat dibiakan secara generatif.  

b.     Peruabahan penggandaan (aneusomi)

Umumnya sel soma memiliki 2n kromosom, namun tidak sedikit organisme yang mempunyai susunan kromosom yang mempunyai susunan kromoaom yang pengadaannya tidak benar sehingga jumlah kromosomnya menjdi lebih untuk kurang dari normal.

contoh  :                             -  nulisomik           2n –  2

                                             -  monosomik        2n –  1

                                             -  trisomik              2n +  1

                                             -  tetrasomik          2n +  2                                   

Aneusomik dapat terjadi karene beberapa hal, yaitu  :

-  anafase lag          :             tidak melekatnya kromatid pada gelendong waktu anafase meiosis

-  nondisjunction  :             gagal berpisahnya kromosom homolog paa waktu anafase dari meiosis I

Makhluk aneusomik dapat hidup sehat sampai dewasa, asal kromosom yang kurang atau lebih tidak begitu besar dan tidak dapat mengandung gen yang berperan vital, atau fungsi gen tersebut dapat digantikan oleh gen yang lain pada kromosom lain.

Manusia aneusomik dapat ditemukan pada  :

-      Sindrom turner adalah manusia yang menalami pengurangan kromosom Y-nya sehingga mempunyai kariotipe 22AA + XO (2n – 1). Orang ini berkelamin wanita tetapi ovariumnya tidak tumbuh. Hal ini disebut “ovariculardysgensis”.

-      Sindrom klinefelter adalah trisomik pada genosom, dan mempunyai kariotipe 22AA + XXY (2n + 1).

Orang yang mengalami kelainan ini mempunyai ciri-ciri testis tidak tumbuh, aspermania, mandul, dan payudara tumbuh walaupun jenis kelamin pria. kelaminini dikenal dengan istilah testicular dysgensis.

-      Sindrom patau adalah trisomik autosom pada kromosom nomor 13, 14 dan 15, dan mempunyai kariotipe 45A + XX atau 45A + XY (2n + 1). Orang yang mengalami kelainan ini mempunyai ciri-ciri kepala kecil, mata kecil, telinga posisinya rendah dan biasanya tuli, jantung mengalmi kelainan dan mempunyia kemampuan rendah. Kelainan yang berupa jumlah set kromosom yang melebihi normal pada umumnya menyebabkan gigantisme (pertumbuhan yang cepat). 

-      Sindrom down adalah trisomik autosom pada kromosom nomor 21, dan mempunyai kariotipe 45A + XX atau 45A + XY (2n + 1), yang disebut juga mongolisme. Orang yang mengalami kelainan ini mempunyai ciri-ciri mata sipit, kaki pendek, gerak lamban.

-      Sindrom edwards adalah trisomik autosom pada kromosom nomor 16, 17 dan 18. individu yang mengalami kelainan ini mempunyai ciri-ciri tengkorak lonjong, dada pendek danlebar, dan telinga rendah.          

c.     Kerusakan kromosom (aberasi)

Kerusakan kromosom terjadi karena perubahan jumlah atau susunan gen-gen di dalam kromosm yang disebabkan karena sebagian benangnya lepas, berpilin, melekat kembali dengan letak terbalik dan lain sebagainya.

Kerusakan kromosom ini dapat dibedakan atas 4 macam, yaitu  :

-      Inversi adalah perubahan urutan letak gen dalam suatu kromosom. Inversi ini pun dapat dibedakan menjadi dua berdasarkan letak sentromer pada saat terjadinya inversi, yaitu inversi perisentrik dan inversi parasentrik.

-      Delesi adalah kromosom homolog yang hilang sebagian gennya.

-      Duplikasi adalah kromosom homolog yang mendapatkan penambahan sebagian gen dari kromosom pasangannya.

-      Traslokasi adalah pertukaran gen dari suatu kromosom ke kromosom lain yang bukan homolognya.

-      Katenasi adalah kromosom homolog yang ujungnya saling berdekatan, sehingga membentuk lingkaran.

Kerusakan kromosom yang lain dapat terjadi karena beberapa peristiwa seperti :

-   fusion dan fision

-   pindah silang   

B.       Penyebab mutasi (mutagen)

Zat atau sesuatu yang menyebabkan mutasi disebut dengan mutagen.  Macam-macam penyebab mutasi dapat di bedakan sebagai berikut  : 

1.        mutasi alami (mutasi spontan)

mutasi spontan adalah perubahan yang terjadi secara alamiah atau dengan sendirinya. Diduga faktor penyebabnya adalah panas, radiasi sinar kosmis, batuan radioaktif, sinar ultraviolet matahari, radiasi dan ionisasi internal mikroorganisme serta kesalahan DNA dalam metabolisme.

2.      mutasi buatan

mutasi buatan adalah adalah mutasi yang disebabkan oleh usaha manusia, antara lain dengan :

-      pemakaian bahan radioaktif untuk diagnosis, terapi, deteksi suatu penyakit, sterilisasi dan pengawetan makanan.

-      Penggunaan senjata nuklir

-      Penggunaan roket, televisi

-      Pemakaian bahan kimia, fisika, dan biologi

mutasi pada manusia sebenarnya tidak bis dicegah, sebab kita tahu bahwa alam juga menyebabkan mutasi, misalnya disebabkan oleh sinar kosmis, sinar radioaktif dan perbuatan manusia sendiri. Pada umumnya mutasi pada manusia adalah merugikan, maka sebaliknya dicegah. Mencegah supaya tidak banyak terjadi mutasi, di antaranya harus waspada terhadap bahaya radiasi seprti di atas. Perintis mutasi buatan dengan sinar X adalah Herman J. Muller, dengan adanya prinsip yang mula-mula diketahui yaitu mutasi berarti perubahan gen dalam kromosom. Jadi kalau bisa mengadakan perubahan gen tanpa mematikan individunya , maka akan bisa membuat penyebab mutasi dan ia berfikir kalau dapat mengubah gen dengan sinar X, maka akan di dapat mutan baru. Dengan melakukan percobaan memakai lalat buah,  ternyata memperoleh petunjuk bahwa gagasan itu benar. Sehingga ia yakin bahwa mutasi dapat di adakan secara sengaja.

contoh dengan penyinaran radioaktif :

-      tanaman cabai dalam keadaan berbunga diberi penyinaran radioaktif pada putiknya, hasilnya menyebabkan buah cabai besar ( 3x asal ). Bila biji ditanam ulang hasilnya sebesar asal buah.

-      Pada padi dihasilkan atomita I dan II

-      Pada jagung diperoleh jenis jagung hibrida

-      Pada kedelai diperoleh kedelai muria

contoh dengan bahan kimia :

-      kolkisin dilakukan pada tomat, semangka menghasilkan buah tanpa biji

-      acenaphena dan asetat indol 3 dilakuka pada apel, gandum dan tanaman hias

-      dengan asam nitrat, digitonin, gas metan  

a.     mutasi Fisika

Adalah mutasi yang disebabkan oleh bahan fisika, antara lain :

-      sinar kosmis, sinar ultraviolet, unsur radioaktif seperti thorium, uranium, radium dan isotop K.

-      alat nuklir dapat mlepaskan energi yang besar yang dapat menimbulkan radiasi pengionisasi.

-      Radiasi sinar X, a, b, g

-      Neutron

-      Suhu tinggi

b.     mutasi Kimia

Adalah mutasi yang disebabkan oleh bahan kimia, antara lain :

-      pestisida, seperti DDT, BHC

-      agen alkilase, seperti mustard, dimetil, dimetilsulfat, eter mulan sulfat, dapat memberikan gugus alkil yang bereaksi dengan gugus fosfat dari DNA yang dapat mengganggu replikasi DNA.

-      Hidroksil Amino (NH₂OH) merupakan mutagen pada bakteriofage yang dapat menyerang sitosina DNA dan urasil pada RNA.

-      Eosin, eritrin dan fluoresen

-      Peroksida organik

-      Fe dan Mg

-      Formaldehide

-      Asam nitrit, natrium nitrit

-      Antibiotik

-      H₂O₂

-      Glikidol

c.    mutasi Biologi

Adalah mutasi yang disebabkan oleh bahan biologi atau makhluk hidup terutama mikroorganisme, yaitu : virus, bacteri dan penyisipan DNA.

Virus dan bakteri diduga dapat menyebebkan terjadinya mutasi. Tidak kurang dari 20 macam virus dapat menimbulkan kerusakan kromosom. Bagian dari virus yang mampu mengadakan mutasi adalah asam nukleatnya yaitu DNA.

C.       Dampak mutasi

Akibat yang ditimbulkan oleh terjadinya mutasi bermacam-macam. Jika mutasi terjadi pada sel soma (sel vegetatif) dapat menimbulkan terjadinya kanker. Sedang jika terjadi pada sel generatif dapat menimbulkan  mutasi. Bila mutasi terjadi pada sel soma dari janin maka dapat menyebabbkan teratogen (cacat sejak lahir), dan beberapa mutasi dapat menyebabkan letal (kematian). mutasi yang menyebabkan kematian adalah merupakan usaha untuk menjaga keseimbangan genetika dalam suatu populasi. Bila mutasi berjalan terus menerus dari generasi ke generasi maka pada suatu saat akan muncul turunan baru yang sifatnya berbeda dengan moyangnya, sehingga terjadilah peristiwa evolusi.

Pengaruh negatif mutasi buatan:

-          poliploid umumnya gagal mengahasilkan keturunan secara generatif

-          menguntungkan bila diperbanyak secara vegetatif

D.       Manfaat Pengetahuan mutasi

Para ilmuwan biologi mengetahui bahwa sinar X dapat menimbulkan ionisasi pada sel-sel pembentuk jaringan tubuh. Ionisasi terjadi bila elektron terlepas dari suatu atom dan  menggabung ke atom lainnya. Molekul DNA yang banyak mengandung atom-atom yang terionisasi dapat menjadikan gen labil dan akhirnya berubah. Gen yang berubah susunan kimianya, fungsinya berubah pula. Bila gen ini sel-sel gamet, manifestasi perubahan ini dapat diamati pada generasi berikutnya. Dengan dasar pengetahuan ini, para ilmuwan menggunakan sinar X atau sinar-sinar lain yang berenergi tinggi sebagai mutagen buatan. Dari eksperimen yang telah banyak dilakukan, diperoleh data bahwa mutasi pada sel-sel generatif kebanyakan bersifat letal, yaitu membawa kernatian pada keturunannya sebelum atau beberapa waktu setelah kelahiran. Karena itu, pembuatan mutan dengan cara ini, misalnya biji-biji yang akan diunggulkan perlu dilakukan pada jumlah yang amat besar dan intensitas radiasi yang optimal. Masalahnya adalah bagaimana cara pengaturan intensitas ini. Hal ini memerlukan riset berulang kali dan berjangka panjang untuk menemukan mutan yang dikehendaki.

Sinar X dapat juga membuat mutasi kromosom menjadi dua bagian atau lebih. Bagian-bagian ini dapat hancur dan lenyap atau menggabung pada kromosom lain, terjadilah aberasi kromosom. Dengan ini dapatlah terjadi mutasi kromosom. Jika hal itu terjadi pada sel generatif dan individunya tidak mati, maka individu tersebut dapat mewariskan sifat-sifat barunya ke keturunannya. Radiasi sebagai akibat peledakan-peledakan bom A dan bom H baik dalam peperangan atau percobaan, radiasi bocoran reaktor atom, kendaraan bertenaga nuklir dan sampah radioaktif, juga merupakan penyebab mutasi yang kebanyakan orang tidak menyadari karena efeknya tidak segera tampak atau terasa. Lagi pula, pada umumnya gen-gen mutan barulah bersifat letal bila dalam keadaan homozigot resesif, yang heterozigot tetap hidup dan bertindak sebagai pembawa sifat dan penurun warisan yang telah berubah/bermutasi.

Aplikasi mutasi buatan dalam memperoleh bibit tanaman yang diharapkan. Mutan yang sudah dapat dibuat menjadi tanaman yang poliploid artinya berkromosom banyak. Cara mendapatkan poliploid dengan menggunakan kolkisin. Pengaruh positif mutasi buatan diantaranya tanaman poliploid biasanya mempunyai ukuran yang lebih besar. Tindakan pembibitan dari mutasi buatan harus diulang-ulang supaya di dapatkan sampai menjadi galur murni, yaitu jenisnya sudah mantap. Apabila tidak diulang-ulang kemungkinan jenis itu  mengadakan perkawinan dengan jenis asal sebelum mutasi, maka akan ada kecenerungan untuk menurunkan keturunan seperti semula. Seperti telah kita ketahui bahwa mutasi juga ada yang menguntungkan bila dipandang darti hidupnya suatu organisasi atau individu. Hal ini sebenarnya merupakan bahan baku bagi terselenggaranya evolusi dari sgala organisme. Sebagai contoh adanya mutan (individu yang bermutasi) keturunan ini mengadakan mutasi-mutasi lagi dan keturunan ini mampu mempertahankan hidup  sampai beberapa generasi kemudian. Maka mungkin dapat bergenotif maupun fenotifnya jauh berbeda dengan nenek moyangnya, sehingga akan terjadi individu baru yang mampu menyesuaikan diri dengan lingkungannya (evolusi dari sini perlu diingat bahwa mutasi itu tidak selalu menjadi species baru).     

TEKNOLOGI DNA REKOMBINAN

Teknik DNA rekombinan adalah rekayasa genetika untuk menghasilkan sifat baru dengan cara merekombinasikan gen tertentu dengan DNA genom. Teknik DNA rekombinan merupakan kumpulan bertujuan untuk merekombinasi gen dalam tabung reaksi. Teknik DNA rekombinan meliputi isolasi DNA, teknik  memotong DNA, teknik menggbung DNA dan teknik untuk memasukan DNA ke dalam sel hidup. Teknologi DNA rekombinan atau sering disebut juga rekayasa genetika ini adalah suatu ilmu yang mempelajari pembentukan kombinasi materi genetik yang baru dengan cara penyisipan molekul DNA ke dalam suatu vektor sehingga memungkinkannya terjadinya integrasi dan mengalami  perbanyakan dalam suatu sel organisme lain yang berperan sebagai sel inang. Manfaat rekayasa genetika ini diantaranya adalah dimungkinkannya melakukan isolasi dan mempelajari fungsi masing-masing gen dan mekanisme kontrolnya. Selain itu, rekayasa genetika juga memungkinkan diperolehnya suatu produk dengan sifat tertentu dalam waktu lebih cepat dan jumlah lebih besar daripada produksi secara konvensional. Sejak jaman dahulu, nenek moyang kita telah mengetahui adanya keanekaragaman makhluk hidup. Keanekaragaman makhluk hidup ini memungkinkan manusia untuk memilih jenis makhluk hidup yang dikehendakinya. Salah satu upaya nenek moyang kita dalam memilih jenis makhluk hidup yang unggul adalah dengan  breeding atau mengawinkan beberapa spesies unggul untuk didapatkan keturunan yang unggul pula dan memiliki sifat dari kedua induknya. Dengan semakin berkembangnya ilmu genetika dan ditemukannya gen, maka manusia pun memiliki alternatif lain yang lebih efektif yaitu melalui teknik rekayasa genetika (Genetic Engineering) dengan cara melakukan perubahan langsung pada DNA.  Salah satu upaya yang dilakukan adalah dengan DNA rekombinan. Teknik DNA rekombinan adalah suatu teknik di dalam rekayasa genetika untuk menghasilkan sifat baru dengan cara merekombinasikan gen tertentu dengan DNA genom. Teknik DNA rekombinan merupakan kumpulan teknik untuk merekombinasi gen dalam tabung reaksi. Teknik itu diantaranya isolasi DNA, teknik memotong DNA, teknik menggbung DNA dan teknik untuk memasukan DNA ke dalam sel hidup. Setelah DNA rekombinan terbentuk maka dilakukan proses transformasi ke host cell kemudian dilkakukan proses inkubasi sel bakteri tersebut. Setelah dilakukan inkubasi maka sel bakteri dapat diuji kehadiran DNA rekombinannya yaitu melalui uji antibiotik, uji medium seleksi dan seleksi putih biru. Setelah didapatkan bakteri dengan DNA rekombinan maka dilakukan purifikasi untuk mengisolasi gen yang direplikasi.

Secara klasik analisis molekuler protein dan materi lainnya dari kebanyakan organisme ternyata sangat tidak mudah untuk dilakukan karena adanya kesulitan untuk memurnikannya dalam jumlah besar. Namun, sejak tahun 1970-an berkembang suatu teknologi yang dapat diterapkan sebagai pendekatan dalam mengatasi masalah tersebut melalui isolasi dan manipulasi terhadap gen yang bertanggung jawab atas ekspresi protein tertentu atau pembentukan suatu produk. Teknologi yang dikenal sebagai teknologi DNA rekombinan, atau dengan istilah yang lebih populer rekayasa genetika, ini melibatkan upaya perbanyakan gen tertentu di dalam suatu sel yang bukan sel alaminya sehingga sering pula dikatakan sebagai kloning gen. Banyak definisi telah diberikan untuk mendeskripsikan pengertian teknologi DNA rekombinan. Salah satu di antaranya, yang mungkin paling representatif, menyebutkan bahwa teknologi DNA rekombinan adalah pembentukan kombinasi materi genetik yang baru dengan cara penyisipan molekul DNA ke dalam suatu vektor sehingga memungkinkannya untuk terintegrasi dan mengalami perbanyakan di dalam suatu sel organisme lain yang berperan sebagai sel inang. Teknologi DNA rekombinan mempunyai dua segi manfaat. Pertama, dengan mengisolasi dan mempelajari masing-masing gen akan diperoleh pengetahuan tentang fungsi dan mekanisme kontrolnya. Kedua, teknologi ini memungkinkan diperolehnya produk gen tertentu dalam waktu lebih cepat dan jumlah lebih besar daripada produksi secara konvensional. Pada dasarnya upaya untuk mendapatkan suatu produk yang diinginkan melalui teknologi DNA rekombinan melibatkan beberapa tahapan tertentu. Tahapan-tahapan tersebut adalah isolasi DNA genomik atau kromosom yang akan diklon, pemotongan molekul DNA menjadi sejumlah fragmen dengan berbagai ukuran, isolasi DNA vektor, penyisipan fragmen DNA ke dalam vektor untuk menghasilkan molekul DNA rekombinan, transformasi sel inang menggunakan molekul DNA rekombinan, reisolasi molekul DNA rekombinan dari sel inang, dan analisis DNA rekombinan.  

HIBERNASI PADA BERUANG KUTUB

Pada musim dingin, para beruang memperlambat metabolisme lebih dari yang dapat diprediksi oleh suhu tubuh mereka. Jangan menilai seekor beruang dari suhu badannya, demikian seperti yang diindikasikan oleh data pertama mengenai fisiologi hibernasi.

Ada sesuatu yang terjadi pada hibernasi beruang hitam yang memperlambat rasio metabolisme lebih dari yang bisa dijelaskan oleh suhu tubuh yang rendah, menurut laporan ahli fisiologi ekologi Øivind Tøien dari Universitas Alaska Fairbanks.

Pada musim dingin Alaska, para beruang hitam yang secara dekat dipantau, menurunkan suhu tubuh mereka rata-rata hanya 5,5 derajat Celsius, seperti yang dilaporkan oleh Tøien dan rekan-rekannya dalam edisi 18 Februari jurnal Science. Kalkulasi standar fisiologi memprediksikan bahwa dingin yang seperti itu akan memperlambat metabolisme sekitar 65 persen rasio istirahat nonhibernasi. Akan tetapi metabolisme para beruang tersebut melambat bahkan ke zona penghematan energi yang rata-rata hanya 25 persen dari rasio dasar musim panas.

Hal seperti itu sejauh ini belum ditemukan dalam penelitian pada mamalia lainnya yang melakukan hibernasi, tutur rekan peneliti Brian M. Barnes yang juga dari Universitas Alaska Fairbanks.

Hibernasi mamalia penting bagi penelitian medis manusia, kata ahli fisiologi ekologi Hank Harlow dari Universitas Wyoming di Laramie. Dengan mendasarkan pada mekanisme yang ingin sekali dimengerti oleh para ilmuwan, beruang hitam meluangkan waktu lima hingga tujuh bulan tanpa makan, minum atau buang air kecil. Akan tetapi tak seperti orang-orang yang hanya meluangkan waktu di tempat tidur atau luar angkasa, mamalia-mamalia yang melakukan hibernasi tersebut tidak kehilangan kekuatan otot atau massa tulang mereka. "Beruang memang mengagumkan," kata Harlow.

Studi ini merupakan yang pertama secara terus-menerus memonitor rasio metabolisme dan suhu tubuh selama hibernasi beruang pada kondisi-kondisi rendah gangguan, tutur Tøien. Studi lainnya berdasarkan pengambilan sampel yang tidak terus menerus dengan peralatan yang lebih lama, bukti tak langsung, atau mempelajari para beruang dengan banyak sekali orang yang berada di dekat, menghasilkan "ketidakpastian," ungkapnya.

Dia dan para koleganya mendapatkan data yang sedemikian besarnya dengan cara menjadi sukarelawan untuk mempelajari beruang hitam yang mencari makanan dekat pemukiman warga dan akan segera dibunuh karena dianggap sebagai ancaman. "Kami membaca tentang mereka diAnchorage Daily News sebelum kami mendapatkan mereka," kata Tøien.

Untuk penelitian hibernasi mereka, para peneliti memonitor lima beruang, menempatkan mereka di kotak-kotak kayu jauh di dalam hutan. Kotak-kotak kayu tersebut sengaja dibuat tidak terlalu kuat agar supaya para beruang dapat menghancurkannya kapan pun mereka ingin keluar. Akan tetapi ketika para beruang berada di dalamnya, para peneliti memeriksa konsentrasi oksigen untuk melacak rasio metabolisme. Instrumen-instrumen juga mengukur pergerakan otot dan fungsi jantung.

Salah satu beruang tidak banyak menurunkan suhu tubuhnya selama awal hibernasi hingga dia melahirkan seekor anak beruang. Anak beruang tersebut tidak dapat bertahan hidup, dan setelah itu suhu tubuh beruang betina tersebut berperilaku lebih seperti tubuh beruang lainnya.

Laporan-laporan tentang penurunan rasio metabolisme yang cukup baik selama hibernasi menggembirakan Eric Hellgren dari Universitas Illinois Bagian Utara, yang mengakui "suatu sudut pandang berat sebelah sebagai seorang ahli biologi beruang." Dia mengatakan studi yang dilakukan di Alaska tersebut mungkin akan mengakhiri diskusi panjang para ahli fisiologi yang menganggap hibernasi beruang sebagai "suatu bentuk berbeda dan 'lebih kurang'" dibandingkan dengan perubahan metabolisme besar yang terlihat pada hewan-hewan kecil seperti tupai tanah.

Pemantauan lebih rinci juga mengungkap kebiasaan-kebiasaan khusus beruang lainnya, seperti siklus-siklus beberapa hari atau semingu selama pertengahan hibernasi ketika para beruang untuk sementara menaikkan suhu tubuh mereka. Tøien tidak menilai kenaikan kecil ini setara dengan penghangatan penuh secara berkala yang biasa dilakukan oleh hampir semua hewan lebih kecil yang melakukan hibernasi, yang menaikkan suhu tubuh mereka ke jarak normal selama beberapa minggu, buang air kecil dan kemudian menurunkan lagi suhu tubuh mereka. Para peneliti yang tidak hati-hati melakukan pengukuran metabolisme selama siklus beruang akan mendapatkan angka inflasi pada garis hibernasi, catatnya.

Pengukuran rasio jantung pada tiga beruang Alaska menunjukkan penurunan dari rata-rata 55 detak per menit sebelum hibernasi menjadi 14 detak tak menentu per menit pada musim dinin. Harlow mengatakan bahwa dia juga telah mendengar jantung beruang yang berhibernasi berdetak selama beberapa waktu dan kemudian berdetak secara tak menentu. Mungkin untuk menghemat energi, spekulasinya.

Tim Alaska juga menemukan bahwa ketika para beruang bergerak lagi di musim semi, metabolisme mereka memakan waktu beberapa minggu untuk merangkak kembali normal. Data pemantauan menunjukkan bahwa beruang dengan setengah kecepatan rasio metabolisme masih menunjukkan perilaku normal beruang.

Observasi tersebut cocok dengan studi yang dilakukan pada beruang grizzly yang meluangkan beberapa minggu pertama setelah hibernasi dengan rasio jantung setengah dari kecepatan pada waktu musim panas, kata Lynne Nelson dari Universitas Negara Bagian Washington di Pullman. "Kemampuan adaptasi sistem fisiologi beruang-beruang ini tak pernah berhenti mengejutkanku."